(57)【要約】  【課題】セル電圧検出回路２４の温度によって電圧検出誤差が異なることに起因する容量調整精度の低下を防ぐ。  【解決手段】組電池１を構成するセルｓ１〜ｓｎの容量調整を行う前に、セル電圧検出回路２４の温度を所定温度まで上昇させ、所定温度まで上昇させた状態で、セル電圧検出回路２４によって検出されたセル電圧に基づいて、容量調整目標電圧を設定し、容量調整回路２５によって、各セル間の容量調整を行う。  【選択図】図１
2006166546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各セルの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記電圧検出手段の温度を上昇させる温度上昇手段と、
前記電圧検出手段の温度が所定温度まで上昇した状態で前記電圧検出手段によって検出される各セルの電圧に基づいて、容量調整目標電圧を設定する目標電圧設定手段と、
前記目標電圧設定手段により設定された容量調整目標電圧に基づいて、セルの放電を行うことにより、各セル間の容量調整を行う容量調整手段とを備えることを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池の容量調整装置において、
前記電圧検出手段の温度が前記所定温度の状態における電圧検出誤差を記憶する電圧誤差記憶手段をさらに備え、
前記目標電圧設定手段は、前記電圧検出手段によって検出される各セルの電圧を、前記電圧誤差記憶手段によって記憶されている電圧検出誤差に基づいて補正し、補正後の電圧値に基づいて、容量調整目標電圧を設定することを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の組電池の容量調整装置において、
前記温度上昇手段は、前記容量調整手段によって仮容量調整を行わせることにより、セルの放電時に生じる発熱によって、前記電圧検出手段の温度を上昇させることを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の組電池の容量調整装置において、
前記容量調整手段は、前記電圧検出手段によって検出される各セルの電圧バラツキが所定範囲内であれば、各セル間の容量調整を行わないことを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の組電池の容量調整装置において、
前記温度上昇手段による温度上昇処理を行う前に前記温度検出手段によって検出された前記電圧検出手段の温度と、前記所定温度との温度差に基づいて、前記電圧検出手段の温度が前記所定温度まで上昇するのに要する時間を設定する温度上昇時間設定手段と、
前記温度上昇手段による温度上昇処理が開始されてから、前記温度上昇時間設定手段によって設定された温度上昇時間が経過すると、前記電圧検出手段の温度が前記所定温度まで上昇したと判定する判定手段とをさらに備えることを特徴とする組電池の容量調整装置。
【請求項６】
請求項５に記載の組電池の容量調整装置において、
前記温度上昇時間算出手段は、前記温度上昇手段による温度上昇処理を行う前に前記温度検出手段によって検出された前記電圧検出手段の温度が高いほど、前記温度上昇時間を短く設定することを特徴とする組電池の容量調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルから構成される組電池の容量調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、組電池を構成する複数のセルの開放電圧を電圧検出回路にて検出するとともに、充電容量ＳＯＣを検出し、検出した開放電圧および充電容量ＳＯＣに基づいて、各セルの充電容量を調整する装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電圧検出回路は、その温度によって検出誤差が異なるため、従来の装置においてセル間の容量調整を行う場合、容量調整時の電圧検出回路の温度によってセル電圧の検出誤差が毎回異なり、容量調整精度が低下するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による組電池の容量調整装置は、セル間の容量調整を行う前に、電圧検出手段の温度を所定温度まで上昇させた後、電圧検出手段によって検出される各セルの電圧に基づいて、容量調整目標電圧を設定して、各セル間の容量調整を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による組電池の容量調整装置によれば、容量調整を行う場合に、電圧検出手段の温度を所定温度まで上昇させるので、電圧検出手段の検出精度を安定させることができ、これにより、容量調整精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明による組電池の容量調整装置を電気自動車に適用した一実施の形態の構成を示す図である。図１では、強電ラインを太い実線で、弱電ラインを細い実線で、制御信号ラインを点線で示している。この電気自動車は、モータジェネレータ９（以下、単にモータ９と呼ぶ）を走行駆動源として走行する。
【０００８】
組電池１は、例えば、ニッケル水素電池であり、複数のセルｓ１〜ｓｎを直列に接続して構成される。組電池１は、電流センサ６およびメインリレー８ａ，８ｂを介して、インバータ１０および補機システム１１に接続されており、インバータ１０および補機システム１１に直流電力を供給する。インバータ１０は、組電池１から供給される直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を交流モータ９に供給する。インバータ１０はまた、車両の制動時に、モータ９が回生運転を行うことにより発電する交流電力を直流電力に変換する。変換された直流電力は、組電池１の充電に用いられる。
【０００９】
車両コントローラ３は、インバータ１０および補機システム１１を制御して、車両の走行および補機の作動を制御する。なお、補機システム１１には、空調装置、灯火類、ワイパなどが含まれる。車両コントローラ３および後述するバッテリコントローラ２には、メインスイッチ４を介して、補助電池５から制御電源が供給される。メインスイッチ４は、エンジンを走行駆動源とする自動車のイグニッションスイッチに相当するものであり、電気自動車のメインキー（不図示）が走行位置に設定されるとオン（閉路）する。
【００１０】
電流センサ６は、組電池１からインバータ１０に流れる放電電流と、インバータ１０から組電池１に流れる充電電流とを検出し、後述するバッテリコントローラ２のＣＰＵ２１に出力する。メインリレー８ａ，８ｂは、ＣＰＵ２１により開閉され、強電ライン、すなわち、組電池１とインバータ１０との間の接続／開放を行う。電圧センサ７は、組電池１の総電圧を検出し、ＣＰＵ２１に出力する。
【００１１】
温度センサ１３は、組電池１の温度を検出し、ＣＰＵ２１に出力する。なお、温度センサ１３は、バッテリコントローラ２の制御基盤に近接して設けられている。後述するように、この制御基盤上には、セル電圧検出回路２４が設置されている。すなわち、温度センサ１３によって検出される温度は、制御基盤の温度、特に、セル電圧検出回路２４の温度を反映したものとなる。警告灯１２は、例えば、組電池１が過放電状態となる等、電気自動車に何らかの異常が発生した時に点灯して、乗員に異常発生を報知する。
【００１２】
バッテリコントローラ２は、制御基盤上にそれぞれ設置されているＣＰＵ２１、メモリ２２、カウンタ２３、セル電圧検出回路２４、容量調整回路２５を備え、組電池１の充放電や容量調整を行う。セル電圧検出回路２４は、各セルｓ１〜ｓｎの電圧を検出して、ＣＰＵ２１に出力する。
【００１３】
図２は、容量調整回路の詳細な構成を示す図である。セルｓ１には、抵抗器Ｒ１およびトランジスタＴr1の直列回路が並列に接続されている。同様に、セルｓ２〜ｓｎには、抵抗器Ｒ２〜ＲｎおよびトランジスタＴr2〜Ｔrnの直列回路がそれぞれ並列に接続されている。抵抗器Ｒ１〜Ｒｎは、各セルｓ１〜ｓｎの放電用の抵抗器である。例えば、トランジスタＴr1がオンすると、トランジスタＴr1と直列接続されている抵抗器Ｒ１を介して、セルｓ１の放電が行われる。
【００１４】
各トランジスタＴr1〜Ｔrnのコレクタとエミッタ間にはそれぞれ、電圧センサＶ１〜Ｖｎが接続されている。トランジスタＴr1〜Ｔrnがオンすると、コレクタ−エミッタ間電圧はほぼ０Ｖになり、オフすると、コレクタ−エミッタ間電圧は、各セルｓ１〜ｓｎの両端電圧と等しくなる。ＣＰＵ２１は、電圧センサＶ１〜Ｖｎによって、トランジスタＴr1〜Ｔrnのコレクタ−エミッタ間電圧をモニターし、各トランジスタＴr1〜Ｔrnの動作状況、すなわち、各セルｓ１〜ｓｎの容量調整状況を確認する。
【００１５】
図３は、バッテリコントローラ２のＣＰＵ２１により行われる処理内容を示すフローチャートである。図示しない車両のメインキーがオンされると、ＣＰＵ２１は、ステップＳ１０の処理を開始する。ステップＳ１０では、セル間の容量調整が完了していることを示す完了フラグがメモリ２２にセットされているか否かを示す。完了フラグがメモリ２２にセットされていると判定するとステップＳ２０に進み、セットされていないと判定すると、ステップＳ５０に進む。
【００１６】
ステップＳ２０では、カウンタ２３のカウンタ値を１だけ増加させて、ステップＳ３０に進む。なお、カウンタ２３は、後述する仮容量調整を行わなかった回数を計測するものであり、初期値は０である。ステップＳ３０では、カウンタ２３のカウンタ値が所定値Ｎより大きいか否かを判定する。所定値Ｎは、組電池１の自己放電量バラツキおよび基盤暗電流のセル間バラツキと、容量調整能力との関係に基づいて予め設定しておく。カウンタ２３のカウンタ値が所定値Ｎより大きいと判定すると、ステップＳ４０に進み、所定値Ｎ以下であると判定すると、ステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０では、図示しないキースイッチがオフされたか否かを判定する。キースイッチがオフされていないと判定すると、ステップＳ１４０で待機し、オフされたと判定すると、図３に示すフローチャートの処理を終了する。
【００１７】
ステップＳ４０では、カウンタ２３のカウンタ値、および、完了フラグをそれぞれリセットして、ステップＳ５０に進む。ステップＳ５０では、メインリレー８ａ，８ｂをオンする前の状態、すなわち、組電池１が無負荷の状態において、セル電圧検出回路２４によって検出された各セルの電圧バラツキに基づいて、仮容量調整を行うための目標電圧を設定する。この仮容量調整は、バッテリコントローラ２の制御基盤の温度、特に、制御基盤上に設置されているセル電圧検出回路２４の温度を上昇させるために行う容量調整である。仮容量調整のための目標電圧を設定すると、ステップＳ６０に進む。
【００１８】
ステップＳ６０では、セル電圧検出回路２４の温度を検出する。上述したように、温度センサ１３は、バッテリコントローラ２の制御基盤に近接して設けられているので、ここでは、温度センサ１３によって検出された組電池１の温度を代用する形で、制御基盤上に設けられているセル電圧検出回路２４の温度を検出する。セル電圧検出回路２４の温度を検出すると、ステップＳ７０に進む。
【００１９】
ステップＳ７０では、ステップＳ６０で検出したセル電圧検出回路２４の温度に基づいて、仮容量調整を行うための調整時間を決定する。図４は、キースイッチ（不図示）がオンされてから、制御基盤（セル電圧検出回路２４）の温度が上昇していく様子を示す図である。横軸は、時間軸であり、縦軸は、制御基盤の温度を表している。図４に示す時間Ｔ１は、キースイッチがオンされた時の制御基盤（セル電圧検出回路２４）の温度が−３０℃であった場合に、制御基盤の温度が８０℃まで上昇するのに要する時間であり、時間Ｔ２は、制御基盤の温度がＸ（−３０＜Ｘ＜８０）℃であった場合に、８０℃まで温度が上昇するのに要する時間である。
【００２０】
バッテリコントローラ２のメモリ２２には、セル電圧検出回路２４の温度が所定温度（８０℃）まで上昇するのに要する時間のテーブルが記憶されている。ＣＰＵ２１は、メモリ２２に記憶されているテーブルを参照して、ステップＳ６０で検出したセル電圧検出回路２４の温度が８０℃まで上昇するのに要する時間を求め、求めた時間を、仮容量調整を行うための調整時間に設定する。仮容量調整時間を設定して、仮容量調整を開始すると、ステップＳ８０に進む。なお、仮容量調整は、ステップＳ６０で設定された仮容量調整目標電圧に基づいて、仮容量調整対象と判断されたセルと並列に接続されているトランジスタをオンにすることにより行う。
【００２１】
ステップＳ８０では、仮容量調整を開始してから、ステップＳ７０で設定した仮容量調整時間が経過したか否かを判定する。ここでは、仮容量調整時間が経過すると、制御基盤上のセル電圧検出回路２４の温度が所定温度（８０℃）まで上昇したと推定する。仮容量調整時間を経過していないと判定すると、仮容量調整を継続して行い、仮容量調整時間が経過したと判定すると、ステップＳ９０に進む。ステップＳ９０では、仮容量調整時にオンしたトランジスタをオフにすることにより、仮容量調整を終了して、ステップＳ１００に進む。
【００２２】
ステップＳ１００では、組電池１が無負荷相当の状態において、セル電圧検出回路２４によって各セルｓ１〜ｓｎの電圧を検出する。ここでは、電流センサ６により検出される電流値が所定値以下の場合に、組電池１が無負荷相当の状態であるとする。すなわち、ステップＳ１００では、電流センサ６により検出される電流値が所定値以下の時に、セル電圧検出回路２４によって各セルｓ１〜ｓｎの電圧を検出する。ＣＰＵ２１は、セル電圧検出回路２４によって検出された各セルｓ１〜ｓｎの電圧に基づいて、各セル間の電圧バラツキを把握し、容量調整目標電圧を設定する。
【００２３】
ステップＳ１００に続くステップＳ１１０では、容量調整回路２５によって、ステップＳ１００で設定した容量調整目標電圧に基づいて、セル間の容量調整を開始する。ステップＳ１１０に続くステップＳ１２０では、容量調整が完了したか否かを判定する。容量調整が完了していないと判定すると、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、図示しないキースイッチがオフされたか否かを判定する。キースイッチがオフされていないと判定すると、ステップＳ１２０に戻って、容量調整を継続して行い、キースイッチがオフされたと判定すると、全ての処理を終了する。
【００２４】
一方、ステップＳ１２０において、セル間の容量調整が完了したと判定すると、ステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０では、メモリ２２に完了フラグをセットして、図３に示すフローチャートの処理を終了する。なお、セル電圧検出回路２４の温度と、仮容量調整および仮容量調整後の容量調整とのタイミングを示すタイムチャートを図５に示しておく。
【００２５】
図６は、制御基盤（セル電圧検出回路２４）の温度と、セル電圧検出回路２４によって検出される電圧値の誤差との関係を示す図である。図５中の点線は、検出誤差の上限ラインおよび下限ラインを示している。制御基盤の温度が２５℃の場合には、検出誤差が０であるが、２５℃を基準として、温度が低下するほど、および、温度が上昇するほど、セル電圧検出回路２４によって検出される電圧値の検出誤差範囲は大きくなる。
【００２６】
図７は、セル電圧検出回路２４の温度によって電圧検出誤差が生じることに起因する各セル間の電圧バラツキ（ＳＯＣバラツキ）の一例を示す図である。図７では、制御基盤（セル電圧検出回路２４）の温度が２５℃、６０℃、および、−３０℃の場合の各セル間の電圧バラツキを示している。図７に示すように、制御基盤（セル電圧検出回路２４）の温度が異なると、セル間の電圧バラツキの状態が異なる。すなわち、容量調整を行う時のセル電圧検出回路２４の温度が異なれば、容量調整を行う度に、セル電圧検出回路２４の検出誤差が異なるため、容量調整目標電圧を設定する際の精度が低下し、無駄な放電が行われる可能性がある。
【００２７】
しかし、一実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、仮容量調整によって、放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎを介して放電を行うことにより、セル電圧検出回路２４の温度を所定温度（上述した例では、８０℃）まで上昇させてから、容量調整を行うようにした。これにより、セル電圧検出回路２４の温度を常に一定の状態にしてから、容量調整を開始するので、容量調整の精度を向上させることができる。
【００２８】
以上、一実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、セル間の容量調整を行う前に、セル電圧検出回路２４の温度を所定温度まで上昇させてから、セル電圧検出回路２４によって各セルの電圧を検出し、検出した各セルの電圧に基づいて、容量調整目標電圧を設定して、容量調整を行う。これにより、容量調整時に、セル電圧検出回路２４の検出誤差が毎回異なることを防ぐことができる。すなわち、セル電圧検出回路２４によって検出されるセル電圧に基づいて、容量調整目標電圧を精度良く設定することができるので、容量調整の精度を向上させることができ、容量調整時に無駄な放電が行われることを防ぐことができる。
【００２９】
また、一実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、セル間の容量調整を行う前に、容量調整回路２５によって仮容量調整を行わせることにより、セルの放電時に生じる発熱によって、セル電圧検出回路２４の温度を上昇させた。これにより、セル電圧検出回路２４の温度を上昇させるための部材を新たに設ける必要がないので、コスト上昇を抑制することができる。
【００３０】
また、一実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、セル間の容量調整を行った後は、車両が所定回数（Ｎ回）以上、起動されない限り、容量調整を行わないようにした。すなわち、一旦、セル間の容量調整を行えば、車両が所定回数起動されるまでの間は、セル間の電圧バラツキが所定範囲内であると判断して、容量調整を行わないので、不必要な容量調整、すなわち、不必要なセルの放電が行われるのを防ぐことができる。これにより、組電池１の寿命を向上させることができる。
【００３１】
一実施の形態における組電池の容量調整装置によれば、セル電圧検出回路２４の温度を上昇させる前に検出されたセル電圧検出回路２４（制御基盤）の温度と所定温度との温度差に基づいて、セル電圧検出回路２４の温度が所定温度まで上昇するのに要する時間を設定し、セル電圧検出回路２４の温度を上昇させる処理が開始されてから、設定された温度上昇時間が経過すると、セル電圧検出回路２４の温度が所定温度まで上昇したと判定した。すなわち、容量調整時に、放電抵抗Ｒ１〜Ｒｎを流れる電流および発熱量が一定であることを考慮して、セル電圧検出回路２４の温度が所定温度に到達したことを簡易な方法で判定することができる。また、セル電圧検出回路２４の温度を上昇させる前に検出されたセル電圧検出回路２４（制御基盤）の温度と所定温度との温度差に基づいて、温度上昇時間を設定するので、セル電圧検出回路２４の温度に基づいて、適切な温度上昇時間を設定することができる。
【００３２】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した説明では、セル電圧検出回路２４の温度を所定温度まで上昇させる処理を行うために、容量調整回路２５によって仮容量調整を行うことにより、セルの放電時に生じる発熱を利用して、セル電圧検出回路２４の温度を上昇させた。しかし、セル電圧検出回路２４の温度を上昇させる方法は、この方法に限定されることはなく、例えば、インバータ１０の損失が大きくなる運転点にてインバータ１０を制御させることによって、発熱を生じさせて、セル電圧検出回路２４の温度を上昇させるようにしてもよいし、モータを別途設けて、モータ駆動時の発熱を利用するようにしてもよい。
【００３３】
セル電圧検出回路２４が所定温度の状態における検出誤差を予め測定して、測定結果をメモリ２２に記憶しておき、容量調整目標電圧を設定する際に、メモリ２２に記憶しておいた測定誤差に基づいて補正を行うこともできる。この場合には、容量調整精度をさらに向上させることができる。また、所定温度の状態における検出誤差が０になるように、セル電圧検出回路２４の検出精度を予め設定しておいてもよい。
【００３４】
上述した説明では、温度センサ１３がバッテリコントローラ２の制御基盤に近接して設けられているので、組電池１の温度を検出するための温度センサ１３によって検出された温度を代用する形で、制御基盤上に設けられているセル電圧検出回路２４の温度を検出した。しかし、組電池１の温度を検出するための温度センサ１３とは別に、セル電圧検出回路２４の温度を検出するための温度センサを設けるようにしてもよい。
【００３５】
上述した一実施の形態では、セル間の容量調整を行った後は、車両が所定回数（Ｎ回）以上、起動されない間は、セル間の電圧バラツキが所定範囲内にあると判断して、容量調整を行わないようにした。しかし、容量調整前に、各セルの電圧を検出して電圧バラツキを求めるようにして、電圧バラツキが所定範囲内であることが検出されると、容量調整を行わないようにしてもよい。この場合にも、無駄な容量調整が行われるのを防ぐことができる。
【００３６】
上述した説明では、電気自動車に搭載されている組電池を構成するセル間の容量調整を行う例を挙げて説明したが、組電池はハイブリッド自動車に搭載されているものでもよいし、車両以外のものに利用されているものでもよい。
【００３７】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、セル電圧検出回路２４が電圧検出手段を、温度センサ１３が温度検出手段を、ＣＰＵ２１が目標電圧設定手段、温度上昇時間設定手段、および、判定手段を、容量調整回路２５が容量調整手段を、メモリ２２が電圧誤差記憶手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による組電池の容量調整装置を電気自動車に適用した一実施の形態の構成を示す図
【図２】容量調整回路の詳細な構成を示す図
【図３】バッテリコントローラのＣＰＵにより行われる処理内容を示すフローチャート
【図４】キースイッチがオンされてから、基盤温度が上昇していく様子を示す図
【図５】セル電圧検出回路の温度と、仮容量調整および仮容量調整後の容量調整とのタイミングを示すタイムチャート
【図６】制御基盤の温度と、セル電圧検出回路によって検出される電圧値の誤差との関係を示す図
【図７】制御基盤の温度に応じた各セル間の電圧バラツキ（ＳＯＣバラツキ）の一例を示す図
【符号の説明】
【００３９】
１…組電池、２…バッテリコントローラ、３…車両コントローラ、４…メインスイッチ、５…補助電池、６…電流センサ、７…電圧センサ、８ａ，８ｂ…メインリレー、９…モータ、１０…インバータ、１１…補機システム、１２…警告灯、１３…温度センサ、２１…ＣＰＵ、２２…メモリ、２３…カウンタ、２４…セル電圧検出回路、２５…容量調整回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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